基于DeST的公共建筑玻璃幕墙能耗分析.pdf

2023.22 科学技术创新基于 DeST 的公共建筑玻璃幕墙能耗分析高一丹（烟台大学 海洋学院，山东 烟台）引言玻璃幕墙因其优美、时尚及其维护方便的特性在当代公共建筑中获得广泛应用1。但由于玻璃较高的热传导性，玻璃幕墙受外部环境的影响较大，不同地区的玻璃幕墙维护结构优化方案不能通用2。目前针对北方寒冷地区玻璃幕墙的能耗研究较少，同时，多数研究通常依据单变量分析能耗和传热系数的变化3。对于中空玻璃，不同间隔气体如何影响传热系数，不同间隔厚度又如何影响耗能，专门研究玻璃参数影响建筑能耗的成果也很少见4。本文以天津地区公共建筑玻璃幕墙为例，研究分析北方寒冷地区玻璃幕墙的材料、间隔气体及间隔气体厚度的对建筑冷、热负荷的影响，达到门窗节能性能提升目标。1基于玻璃幕墙的公共建筑模型本文选取天津地区一办公建筑为建筑模型，坐标位置设为：东经 11642，北纬 3833。根据 公共建筑节能设计标准 为国家标准 GB50189-2015，该地区属于寒冷 B 区。建筑共有 6 层，无地下室，各朝向的窗墙比均为 0.7，层高 4.8 m，总建筑空调面积为 3094.63 m2，其平面图如图 1 所示。按照 DeST-c 办公建筑的作息时间设定室内人员、灯光、设备热扰作息时间，对应参数设定如表 1 所示。表 1主要房间的人员、灯光、设备热扰参数根据北方寒冷地区气候特点，本模型采暖时间段为 11 月 15 日至来年 3 月 15 日，采暖期间温度控制为 18，空调季时间段设定为 4 月 15 日至 10 月 15日5，空调温度设定为 26，空调间歇运行。摘要：目前公共建筑中广泛使用玻璃幕墙的形式，增大了建筑的采暖空调能耗，因此不同的玻璃参数对节能系统极为重要。本文采用 DeST-C 软件对天津地区公共建筑玻璃幕墙的负荷情况进行了模拟研究，对比分析了玻璃幕墙的材料、间隔气体的种类以及间隔气体厚度对建筑冷、热负荷的影响，为玻璃幕墙建筑的早期设计提供指导和建议。关键词：公共建筑；玻璃幕墙；能耗分析；DeST-C 软件中图分类号院TU524文献标识码院A文章编号院2096-4390渊2023冤22-0195-04作者简介：高一丹（2002-），女，本科在读，研究方向：空气调节。图 1模型平面图 最多人最多人数数(人人/m2)最低新风最低新风量量(m2/人人)灯光灯光热热扰扰(W)设备设备热热扰扰(W)设备房间 0 30 5 0 走廊 0.02 20 5 0 会议室 0.3 30 11 5 办公室 0.1 30 18 13 195-科学技术创新 2023.222玻璃参数对建筑能耗分析2.1玻璃类型对建筑能耗的影响换热面积大是玻璃幕墙的主要特点，不同传热系数的玻璃材料势必带来不同的建筑能耗。在此选取了5 种传热系数不同的材料进行模拟能耗分析，具体参数见表 2。不同玻璃材料在各个季度冷热负荷的变化趋势及能耗模拟分析结果分别对应图 2。图 2不同玻璃类型的累计冷热负荷对比由图 2 的能耗对比结果看出，镀 Low-e 膜玻璃的累计热负荷相比其他玻璃类型较大，累计冷负荷却最小。因其 Low-e 镀膜在可见光 380 nm780 nm 波段范围内，具有较高的透射率及较低的反射率；在 780nm2 500 nm 的红外波段范围内，具有极低的透射率及较高的反射率6。使其既可以有效阻挡来自太阳的辐射，又可以减少玻璃幕墙两侧的热量传递，从而达到保温节能的效果。玻璃类型 1、3、4 和 2、5 镀Low-e 膜相比其空调季冷负荷、供暖季热负荷都是相对大的，以普通 6 mm 厚玻璃为比较基准，镀 Low-e膜玻璃的供暖季热负荷下降了 2.72%，空调季冷负荷下降了 8.1%，充惰性气体镀 Low-e 膜玻璃的供暖季热负荷下降了 12.78%。这说明镀 Low-e 膜可以有效降低公共建筑的能耗，达到节能的效果，但夏冬季节能效果不尽相同，需要按照工程的实际情况选择。2.2间隔气体类型对建筑能耗的影响本节选取几组常见的玻璃间隔气体类型(表 3)，模拟计算不同间隔气体对公共建筑能耗的影响，其相应的全年累计冷热指标模拟结果如图 3 所示。图 3不同间隔气体类型的全年累计冷热指标由于中空玻璃存在气体间隙层，导致传热系数比较低，极大的提升了玻璃幕墙的隔热性能。对比不同间隔气体类型的全年累计冷热指标的模拟结果，充入惰性气体氩气镀 Low-e 膜玻璃的节能效果最为显著，序号 玻璃类型 类型说明 传热系数 K 遮阳系数 SC 值 可见光透过率 1 普通中空 6+9+6 5.7 0.739 0.78 2 镀 Low-e 膜(高透)6（Low-e）+9+6 3.1 0.426 0.58 3 普通中空(9mm)6+9A+6 3.1 0.83 0.51 4 普通中空(12mm)6+12A+6 2.9 0.830 0.51 5 充惰性气体镀 Low-e 膜 6（Low-e）+9（argon）+6 2.4 0.487 0.58 表 2不同玻璃类型性能参数序号序号 玻璃类玻璃类型型 类类型型说明说明 传传热热系系数数 K 遮阳系遮阳系数数 SC 值值 可见光透过可见光透过率率 1 普通中空 6+9+6 5.7 0.739.0.78 2 镀 Low-e 膜(高透)6（Low-e）+9+6 3.1 0.426 0.58 3 普通中空(9mm)6+9A+6 3.1 0.83 0.51 4 充惰性气体镀 Low-e 膜 6（Low-e）+9（argon）+6 2.4 0.487 0.58 表 3不同玻璃类型性能参数196-2023.22 科学技术创新其相比镀 Low-e 膜未填充惰性气体玻璃，传热系数下降 22.58%，全年累计热负荷指标下降 11.4%，全年累计冷负荷指标上升 6%。当普通中空 6+9+6 玻璃中加入空气时，6+9A+6 的传热系数变为 3.1 W/(m2 k)，遮阳系数 SC 值几乎不变，全年累计热负荷指标 150.87kW h/m2，约下降 9.3%，全年累计冷负荷指标 215.95kW h/m2，约上升 16.64%，可见透光率也下降了34.6%，视觉效果上也更为出色。通过上述数据的对比发现，在相同双层玻璃中充入氩气、空气时，传热系数相比未充入状态下变小，遮阳系数 SC 值几乎不变，全年热负荷指标下降，全年冷负荷指标上升。2.3间隔气体厚度对建筑能耗的影响如前所述，双层中空玻璃要比单层玻璃节能，但是如何选择中间气体隔层厚度仍是一个难题。为此选用 5 类不同间隔厚度的双银 Low-E 玻璃（表 4），分析不同间隔气体厚度对建筑能耗的影响。表 4不同间隔气体厚度的玻璃幕墙图 4 给出不同间隔气体厚度玻璃幕墙的冷、热负荷变化趋势图，由该图看出间隔气体厚度从 6 mm 增加到 9 mm 后，全年建筑能耗骤然降低，但是随着间隔气体厚度的再次增加，能耗变化逐渐趋缓，此结果与传热系数 K 的变化趋势一致，继续增加间隔气体层厚度节能效果也不再显著。考虑到经济性因素，不能盲目的增加玻璃的间隔层厚度。为得到最佳间隔气体厚度，本实验以 6mm 厚度为基准，验证不同厚度造成的能耗差别，表 5 给出不同厚度的能耗对比结果，由表可得全年累计能耗最低的为双银 6low-E+13A+6，相比双银 6low-E+6A+6，能耗降低了 5.54%。由此也说明建筑能耗并不是随着间隔气体厚度增加而同步降低。3结论本文利用 DeST-C 软件，采用对比分析的研究方法，分别从玻璃材料类型、间隔气体的种类和厚度三序号序号 类型说明类型说明 K 值值 SHGC值值 可见光透过率可见光透过率 1 双银 6low-E+6A+6 2.056 0.218 0.209 2 双银 6low-E+9A+6 1.639 0.223 0.209 3 双银 6low-E+12A+6 1.448 0.207 0.209 4 双银 6low-E+13A+6 1.440 0.203 0.209 5 双银 6low-E+15A+6 1.446 0.198 0.209 图 4不同间隔气体厚度玻璃幕墙的冷、热负荷变化趋势图玻璃类玻璃类型型 全年全年累累计计热热负荷负荷(kw)全年全年累累计冷负荷计冷负荷(kw)全年全年累累计总负荷计总负荷(kw)节能对节能对比比 双银 6low-E+6A+6 36 491.63 8 927.26 45 418.89 0 双银 6low-E+9A+6 33 752.77 9 307.53 43 060.30 5.19%双银 6low-E+12A+6 33 644.10 9 259.36 42 903.46 5.54%双银 6low-E+13A+6 33 659.58 9 242.3 42 901.88 5.54%双银 6low-E+15A+6 33 696.06 9 219.16 42 915.22 5.51%表 5不同厚度的能耗对比结果197-科学技术创新 2023.22Analysis of Glass Curtain Wall EnergyConsumption of Public Buildings Based onDeSTGao Yidan（College of Marine Science,Yantai University,Yantai,China）Abstract:At present,glass curtain wall is widely used in public buildings,which increases the energyconsumption of heating and air conditioning.Therefore,different glass parameters are very important forenergy saving system.In this paper,DeST-C software was used to simulate the load of glass curtain wall ofpublic buildings in Tianjin area,and the influence of glass curtain wall materials,the types of spacer gasesand the thickness of spacer gases on the cold and heat load of buildings was compared and analyzed,whichprovided guidance and suggestions for the early design of glass curtain wall buildings.Key words:public building;glass curtain wall;energy consumption analysis;DeST-C software个方面，深入探讨了玻璃参数对北方寒冷地区公共建筑能耗的影响。通过软件模拟及对比分析，我们得出如下结论：（1）不同类型玻璃的负荷在采暖季和空调季通常是相反的，镀 Low-e 膜(高透)玻璃的总负荷相对最小。（2）充有惰性气体氩气的双层玻璃全年热负荷指标明显下降，充入氩气的镀 Low-e 膜玻璃的节能效果最为显著。（3）间隔气体的厚度会影响传热系数，但是建筑能耗并不随着间隔气体厚度增加而同步降低，而是先降低后增大。参考文献1刘志海.我国玻璃幕墙现状及发展趋势J.玻璃，2023,50(2):5.2AydnD,MhlayanlarE.ACaseStudyontheImpactofBuil-dingEnvelopeonEnergyEfficiencyinHigh-RiseResidenti-alBuildingsJ.SocialScienceElectronicPublishing,2020(1).3贾清清.夏热冬暖地区 LOW-E 玻璃在高层办公室建筑节能中的适用性研究 D.广州：华南理工大学,2021.4张国申.广州市超高层建筑玻璃幕墙节能措施优化研究D.湘潭：湖南科技大学,2021.5明星.基于 DeST-h 的北方寒冷地区农宅节能改造设计与研究J.节能,2019,38(12):3.6李赟,徐凯亮,邓金燕.建筑外窗玻璃 Low-E 镀膜技术性能分析J.山西建筑,2022,48(17):178-179.198-